激光熔覆技术在零部件方面的修复和加固

炼钢、各种热轧和冷轧生产线、镀锌线等生产过程中大量使用高负荷、高速度、高精度、高合金的承载设备，其零部件在生产条件下服役，产生腐蚀、磨损和疲劳损伤或失效。但是，这些大量的设备零部件在钢铁生产中形成了大量的生产消耗，占据了非常大的生产成本和资源浪费。据初步估算，我国钢铁行业各轧钢生产线每年重要零部件的消耗仅达到100亿元。传统的方法主要是更换这些设备的零部件，即使零部件不能使用报废或者整机更换，也要预留大量的备件，占用巨大的资金和资源。同时，损坏、失效、报废的零部件或整机基本都被当作废品处理，这样的链条叠加造成的资源和资金浪费非常惊人。

激光熔覆技术、激光快速原型制造技术、激光纳米合金化和表面强化技术等高新技术的有效应用，为此类设备和零件的修复改造开辟了一条全新的途径。它不仅可以使失效或报废的设备和零件起死回生，还可以延长新产品的使用寿命，甚至达到多次生命周期的效果。比如大量易磨损易疲劳的零件，如传动连轴、叉形头、中间轴、传动齿轮、万向节、平头套、辊轴、飞剪、辊端套、卷取机弹簧座盒、齿轮轴、减速机外壳等。用在各种冷、热轧钢材生产线上的，经激光复制熔覆技术和快速原型技术修复，其使用性能已恢复到原新件的技术指标。而且大部分都可以提高使用寿命周期。可以多次修复，达到使用周期长的效果。

轧制生产线上的轧辊、输送辊、支承辊、立辊、导辊、起伏辊等各种辊轴部件由锻造合金钢、铸造合金钢、合金铸铁、球墨铸铁等不同材料制成。各种轧辊零件都是在高温、高变载荷、冷热交替、腐蚀、磨损和疲劳的工作条件下使用的。据初步统计，我国钢铁企业各种轧辊年消耗约80-100亿元。采用激光纳米陶瓷(原料:非金属矿物)合金化和激光复合强化技术进行表面强化，提高了表面强度、硬度、耐磨性、热稳定性、红硬性、耐蚀性、抗疲劳性等性能指标，有效增加了轧辊的通钢量。已在多家钢铁企业得到应用，轧辊等各种轧辊的使用寿命普遍可提高50%至数倍。

例如，支承辊广泛用于轧制中厚钢板和薄钢板的冷热生产线，其重量从30多吨到120多吨不等。支承辊分别由铸钢和锻钢制成。目前，许多大型支承辊依赖进口。支承辊是一种被动辊，在使用过程中受力复杂。它在跑的时候，前面挤，下面直接压，后面拉，深层受剪应力。因此，支承辊在工作时，承受着挤、压、拉、切等交变载荷。在接触点附近，辊体的工作部分剥落，剥落部分是辊体受力较大的部分。失效小支撑辊的传统维护方法是电弧堆焊。用这种方法修复的支承辊的使用性能和寿命达不到新辊的水平。目前大型支承辊无法用常规的电弧堆焊方法修复，只能报废。激光快速成型技术可用于修复各种规格和材料的支承辊。根据各种支撑辊的材质和性能要求，可以设计和使用优于原辊身材料的激光快速成型用合金材料，使得修复后的支撑辊的强度、耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳性等指标和使用寿命均优于新支撑辊。按目前我国年产钢4.7亿吨计算，每年消耗支撑辊约10亿元。激光快速成型技术和再制造工程技术可以创造可观的经济效益和深远的社会效益。

实践证明，如果对轧辊表面进行激光淬火，其硬度可由原来的68HSD提高到78~82HSD，轧辊的使用寿命可由原来的8小时更换提高到24小时更换。仅此一项就可降低钢铁企业轧辊消耗成本50%左右，增加钢铁企业轧制产量5%~10%。这一效益根据滚动规模从8000万元到3亿元不等。激光熔覆设备是指将选定的涂层材料通过不同的送料方式置于熔覆基体表面，然后通过激光照射与基体表面的薄层熔化，快速凝固后形成稀释度极低且与基体冶金结合的表面涂层的工艺方法，显著提高基层表面的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性、抗氧化性和电气特性， 从而达到表面改性或修复的目的，既满足了材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。

审核编辑：汤梓红